本文選題：空心結(jié)構(gòu)納米顆粒　切入點(diǎn)：磁-力-電耦合響應(yīng)　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：作為一種磁敏智能材料,磁流變液(Magnetorheological Fluid,MRF)主要由磁性顆粒和液態(tài)的基體共同組成,通常還會(huì)添加一些其它的添加劑來(lái)增加其穩(wěn)定性。對(duì)磁流變液施加外部磁場(chǎng),它能夠在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)從液態(tài)轉(zhuǎn)變成為類固態(tài),而當(dāng)外部磁場(chǎng)撤去時(shí),它又能夠迅速地從類固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。磁流變液因其優(yōu)良的性能迅速地引起了大家的關(guān)注,越來(lái)越多的學(xué)者從性能優(yōu)化、機(jī)理和應(yīng)用等方面對(duì)其展開研究;雖然關(guān)于磁流變液的研究很多,但是依然有很多問(wèn)題亟待解決,例如磁流變液的沉降問(wèn)題依然困擾著磁流變液的應(yīng)用、關(guān)于磁流變液導(dǎo)電機(jī)理的研究還不透徹、磁流變器械性能有待提高等。因此,本文中首先研究了具有空心結(jié)構(gòu)的磁性顆粒對(duì)磁性液體的流變性能和沉降性能的影響,并用數(shù)值模擬的方法對(duì)其進(jìn)行了分析;其次研究了磁場(chǎng)、振蕩剪切、擠壓等外界因素對(duì)磁流變液電學(xué)性能的影響,并探究了磁流變液的法向力與電學(xué)性能之間的聯(lián)系;最后設(shè)計(jì)開發(fā)了兩種基于磁流變液法向力的擠壓式阻尼器,并對(duì)它們的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。具體工作內(nèi)容如下:1.空心結(jié)構(gòu)的顆粒對(duì)磁性液體性能的影響制備了一種具有空心結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵納米顆粒,用于研究空心結(jié)構(gòu)對(duì)磁性液體性能的影響。表征結(jié)果顯示得到的產(chǎn)物是純度很高,并且具有空心結(jié)構(gòu)的顆粒,具有超順磁性和較高的飽和磁化強(qiáng)度。用四氧化三鐵空心球顆粒制備了磁性液體,并測(cè)試了其流變性能和抗沉降性能,結(jié)果表明所得的磁性液體具有較高的剪切屈服應(yīng)力,抗沉降性也很好。利用顆粒動(dòng)力學(xué)方法對(duì)磁性液體進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了磁性液體在不同條件下的剪切應(yīng)力,以及磁性液體內(nèi)部的顆粒鏈在外界磁場(chǎng)和剪切的作用下結(jié)構(gòu)演化情況;數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)試的結(jié)果吻合得很好。從試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩個(gè)方面對(duì)具有空心結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵納米顆粒進(jìn)行了研究,結(jié)果表明空心球結(jié)構(gòu)的四氧化三鐵性能更加優(yōu)良,為磁流變液的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了另一種思路。2.磁流變液的磁-力-電耦合響應(yīng)利用自建的測(cè)試系統(tǒng)分別研究了振蕩剪切和擠壓條件下,磁流變液的磁-力-電耦合響應(yīng)。首先研究了外界磁場(chǎng)對(duì)磁流變液電學(xué)性能的影響,對(duì)磁流變液施加外界磁場(chǎng),可以使其導(dǎo)電性增加數(shù)千倍。振蕩剪切也可以顯著地改善磁流變液的導(dǎo)電性,并且會(huì)導(dǎo)致樣品電阻隨著外界的振蕩剪切一起振蕩變化。提出了一種顆粒導(dǎo)電模型,對(duì)磁流變液在不同條件下的導(dǎo)電性進(jìn)行了理論分析。對(duì)磁流變液施加擠壓時(shí),樣品的導(dǎo)電性隨著擠壓速度、擠壓應(yīng)變和基體粘度等外界條件的改變而改變。研究了在磁場(chǎng)的作用下,樣品法向力與電阻之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)樣品法向力和電阻的變化都依賴于磁流變液內(nèi)部顆粒鏈結(jié)構(gòu)的演變。上述研究為磁流變液在傳感器、非接觸式檢測(cè)與控制等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了必要的理論依據(jù)。3.擠壓式磁流變阻尼器基于磁流變液的法向力,設(shè)計(jì)了一種純擠壓式的磁流變阻尼器,并對(duì)其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試與分析。測(cè)試結(jié)果表明純擠壓式磁流變阻尼器的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能良好,輸出的最大阻尼力可以達(dá)到6 kN,高于相同尺寸的傳統(tǒng)阻尼器輸出的阻尼力,并對(duì)阻尼器的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析;研究了純擠壓式阻尼器在工作時(shí),阻尼力的組成與來(lái)源。對(duì)純擠壓式阻尼器進(jìn)行改進(jìn),設(shè)計(jì)了擠壓-閥混合式磁流變阻尼器�；旌鲜阶枘崞髯畲蟮牧咙c(diǎn)是在運(yùn)動(dòng)的活塞中加入了一個(gè)供磁流變液流通的通道,可以極大地促進(jìn)混合式阻尼器中磁流變液的流動(dòng),從而抑制磁流變液在混合式阻尼器中的沉積�；旌鲜阶枘崞鞯膭�(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果表明,混合式阻尼器輸出的最大阻尼力大約為6.5 kN,并且力-位移曲線很飽滿;這表明我們的改進(jìn)不僅能夠提高阻尼器輸出的阻尼力,還能有效地抑制阻尼器中磁流變液的沉積,提高阻尼器的性能。最后用Back Propagation神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)混合式阻尼器輸出的阻尼力進(jìn)行了分析,不同條件下阻尼力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)測(cè)試值很接近,說(shuō)明我們的阻尼器在半主動(dòng)控制方面有著很廣闊的應(yīng)用前景。
[Abstract]:As a kind of magnetic sensitive smart material, magneto rheological fluid (Magnetorheological Fluid MRF) is mainly composed of a matrix of magnetic particles and liquid together, usually add some other additives to increase its stability. The external magnetic field is applied on the magnetic rheological fluid, it can in a few milli seconds from the liquid into a solid. When the external magnetic field is removed, it can quickly from solid into liquid. Magnetorheological fluid because of its good performance quickly attracted everyone's attention, more and more scholars from the performance optimization, mechanism and applications of the research; although a lot of research about the magnetorheological fluid, but still there are a lot of problems to be solved, such as the settlement of MRF are still plagued by the application of magnetorheological fluid, a magnetorheological fluid guide mechanism research is not thorough, magneto rheological instrument performance needs to be improved Therefore, this paper firstly studied the influence of rheological properties of magnetic particles with hollow structure of the magnetic fluid and settling properties, and by numerical simulation method to analyze the magnetic field; secondly, oscillatory shear, extrusion and other external factors affect the performance of magnetorheological fluid electric, magnetic and explore the normal force between rheological and electrical properties of the contact; finally, designed and developed two kinds of MRF method based on force to squeeze damper, and dynamic mechanical properties of them were tested and analyzed. The specific contents are as follows: 1. hollow structure of the particles impact on the property of magnetic liquid was prepared. With the hollow structure of the Fe3O4 nanoparticles, and used to study the effects of hollow structure on the performance of magnetic fluid. The characterization results showed that the product obtained is very high purity, and has a hollow structure with granules. Superparamagnetic and high saturation magnetization. Using Fe3O4 hollow sphere particles prepared by magnetic fluid, and the rheological properties and anti settling performance, results show that the shear magnetic liquid with high yield stress, anti settling is also very good. The particle dynamics method for numerical simulation of magnetic fluid to obtain the shear magnetic fluid under different conditions of stress, and the magnetic fluid inside the particle chain in external magnetic field and shear under the action of structure evolution; numerical simulation and test results are in good agreement. The two aspects of the study of magnetite nanoparticles with hollow structure from test and numerical the simulation results show that, the performance of Fe3O4 hollow ball structure is more excellent, provides another way.2. MRF magnetic force for the optimization design of magnetorheological fluid electric coupling Response were studied by oscillatory shear and extrusion conditions using the self built test system, magnetorheological fluid magnetic force electric coupling response. First studied the influence of external magnetic field on the electrical properties of magnetorheological fluid, applying external magnetic field on the magnetic rheological fluid, can make the conductivity increase the number of thousands of times. The conductivity oscillation shearing can significantly improve the MRF, and will cause the sample resistance with the outside world with oscillatory shear oscillations is presented. A model of conductive particles, the conductivity of magnetorheological fluid under different conditions were analyzed. The fluid applied extrusion on the magnetic current, the conductivity of the samples with extrusion the speed of extrusion, strain and viscosity of the matrix and other external conditions change. In the study of the magnetic field, the sample method to the relationship between force and resistance of the samples to found changes in force and resistance are dependent on the magnetic flow The evolution of liquid variable particles inside the chain structure. The research of magnetorheological fluid in the sensor,.3. provides a necessary theoretical basis for the extrusion of magnetorheological damper force based on MRF method application of non-contact detection and control field, design a kind of pure squeeze type magnetic damper, and the the dynamic mechanical properties were tested and analyzed. The test results show that the dynamic mechanical properties of pure squeeze type MR damper, the maximum damping force output can reach 6 kN, the output is higher than the traditional damping force damper of the same size, and the working principle of the damper are analyzed in detail; the pure squeeze the work type damper, composition and source of damping force. The pure squeeze damper was improved, the design of extrusion - valve hybrid magneto rheological damper. The hybrid damper is the biggest bright spot in the sports activity Plug added for a magneto rheological fluid circulation, can greatly promote the magnetorheological fluid damper in mixed flow, thereby inhibiting the deposition of magnetorheological fluid damper. In the hybrid test results of dynamic mechanical properties of hybrid damper showed that the maximum damping force of hybrid damper output is about 6.5 kN, and the force displacement curve is full; this shows that our improvement can not only improve the damper force output, can effectively inhibit the deposition of magnetorheological fluid damper in improving damper performance. Finally, analyzed the damping force of the hybrid damper output using Back Propagation neural network, the prediction value is close to the the test value of neural network damping force under different conditions, we show the damper has a broad prospect in semi-active control.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB381

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃豪彩,黃宜堅(jiān);磁流變技術(shù)及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用(續(xù))[J];制造技術(shù)與機(jī)床;2003年07期

2 趙曉昱,趙波;應(yīng)用于車輛工程的磁流變液組成機(jī)理的探討[J];汽車技術(shù);2004年10期

3 趙雯;張秋禹;王結(jié)良;張軍平;;磁流變液及其應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2004年05期

4 鄭軍,曹興進(jìn);磁流變液特性及其裝置在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代制造工程;2005年06期

5 王可俐,廖昌榮,陳愛(ài)軍,陳偉民;磁流變材料流變學(xué)參數(shù)與檢測(cè)方法[J];傳感器技術(shù);2005年06期

6 郝瑞參,李德才;磁流變體的發(fā)展特性及應(yīng)用前景[J];機(jī)械工程師;2005年07期

7 李海濤;彭向和;陳偉民;;磁流變液流變特性的數(shù)值模擬分析[J];功能材料;2006年05期

8 胡皓;彭小強(qiáng);戴一帆;;磁流變拋光液流變性測(cè)試研究[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2007年05期

9 阮承斌;蔣賢芳;;磁流變液穩(wěn)定性研究[J];新技術(shù)新工藝;2008年12期

10 王鴻云;鄭惠強(qiáng);李泳鮮;;磁流變液的研究與應(yīng)用[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2008年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張建;張進(jìn)秋;賈進(jìn)峰;;基于不同母液的磁流變液的特性分析[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)、中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2008年

2 ;第六屆全國(guó)電磁流變液及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議簡(jiǎn)介[A];第六屆全國(guó)電磁流變液及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議程序冊(cè)及論文摘要集[C];2011年

3 李金海;張松林;;磁流變液的顆粒沉降理論分析與實(shí)驗(yàn)[A];第六屆全國(guó)電磁流變液及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議程序冊(cè)及論文摘要集[C];2011年

4 關(guān)新春;歐進(jìn)萍;;一種優(yōu)質(zhì)磁流變液的研制[A];2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（上）——2000年中國(guó)材料研討會(huì)論文集[C];2000年

5 李金海;關(guān)新春;歐進(jìn)萍;;磁流變液的配制及其流變模型的研究[A];第五屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅰ[C];2004年

6 程灝波;王英偉;馮之敬;;永磁流變拋光中磁流變液的性能研究[A];第五屆中國(guó)功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅰ[C];2004年

7 楊紹普;郭樹起;;磁流變智能材料的性質(zhì)及其應(yīng)用[A];第七屆全國(guó)非線性動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議和第九屆全國(guó)非線性振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

8 林忠華;;磁流變液的介電常數(shù)研究[A];福建省科協(xié)第五屆學(xué)術(shù)年會(huì)數(shù)字化制造及其它先進(jìn)制造技術(shù)專題學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2005年

9 王海霞;阮予明;孔筍;王捷;;磁流變液流變性實(shí)驗(yàn)及分析[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)、中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)第九屆全國(guó)流變學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2008年

10 ;第六屆全國(guó)電磁流變液及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議組織機(jī)構(gòu)[A];第六屆全國(guó)電磁流變液及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議程序冊(cè)及論文摘要集[C];2011年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 茆琛 李平;我國(guó)磁流變懸掛控制系統(tǒng)取得核心技術(shù)突破[N];大眾科技報(bào);2006年

2 楊孝文;5項(xiàng)新奇而可怕的軍事技術(shù)[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2009年

3 巴文;巴斯夫羰基鐵粉磁流變液面市[N];中國(guó)化工報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 陳飛;磁流變液制備及動(dòng)力傳動(dòng)技術(shù)研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2013年

2 邢健;基于磁流變液阻尼器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)主動(dòng)控制研究[D];北京化工大學(xué);2015年

3 阮曉輝;磁流變液力學(xué)性能及其應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

4 苗運(yùn)江;磁流變液屈服應(yīng)力測(cè)試影響因素與磁流變液軟啟動(dòng)裝置的研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2009年

5 易成建;磁流變液：制備、性能測(cè)試與本構(gòu)模型[D];重慶大學(xué);2011年

6 張峰;磁流變拋光技術(shù)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;2000年

7 趙春偉;基于微結(jié)構(gòu)的磁流變液力學(xué)性能研究[D];重慶大學(xué);2014年

8 崔治;磁流變液裝置研究及其在非球面研拋中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2009年

9 程海斌;磁流變液的穩(wěn)定性調(diào)控及其在重大工程中應(yīng)用[D];武漢理工大學(xué);2012年

10 周洪亮;環(huán)冷機(jī)磁流變液密封理論與試驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊巖;磁流變液離合器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)分析[D];重慶大學(xué);2005年

2 畢成;磁流變液擠—剪特性研究及其在離合器中的仿真應(yīng)用[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

3 徐彪;基于磁流變?cè)淼男D(zhuǎn)件加載裝置研究[D];上海工程技術(shù)大學(xué);2015年

4 葉盾;新型微納米磁流變液及其性能研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

5 余浩;磁流變液阻尼器及其性能研究[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

6 季海峰;復(fù)合場(chǎng)下磁流變液圓筒模型剪切應(yīng)力特性研究[D];浙江師范大學(xué);2015年

7 徐江;小工具頭磁流變拋光工藝及拋光軌跡研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 王冬冬;硅油基磁流變液傳動(dòng)特性研究[D];中國(guó)礦業(yè)大學(xué);2015年

9 李三妞;基于磁流變液拖拉機(jī)半主動(dòng)座椅懸架減振系統(tǒng)研究[D];河南科技大學(xué);2015年

10 楊沫;磁流變液剪切力檢測(cè)技術(shù)研究[D];西安工業(yè)大學(xué);2013年

，

本文編號(hào)：1669043